防紫外线及防其它辐射

UV-B
UV-A
320 340 360 wavelength in nm 380 400
12
第三节 纺织品对紫外线的防护作用
1 紫外线辐射与紫外线防护
Sunlight Reflection Absorption
depending on type of fiber, construction and thickness of fabric, dye, UV absorber, possibly delustrant, optical brightener
第四章 防紫外线及防其它辐射 整理
Auti-ultra violet ray;Radiation Finishing
第一节 概 述
根据防护的射线不同防辐射整理分为： 防α、β、γ射线整理； 防x射线整理； 防紫外线整理； 防红外线整理； 防微波整理。
第二节 紫外线的组成及危害
1、紫外线的 双重作用 1.1益处： （1）紫外线照射是有益的，它能促进维生素D的合成 →促进钙、磷在体内的吸收→帮助骨骼生长发育 （2）杀菌、消炎作用 1.2害处：紫外线照射容易引起角膜炎、结膜炎，诱发皮癌、 人的免疫能力下降 氟利昂（氯氟烃 ），农药（溴甲基化合物 ） 臭氧层破坏1%，到达地球表面的紫外线增加2%，皮肤癌 发病率增加4%，人的免疫能力下降。因此，纺织品的防紫 外线整理引人注目。
（3）荧光染料染色、荧光增白织物紫外防护性能好。 荧光染料或荧光增白剂产生荧光的机理： 吸收紫外光电磁 波，发生电子跃迁，使分子处于不稳定的激发态，当电子迁 回基态能级时，发出可见光，即荧光。可见，荧光染料和荧 光增白剂具有紫外防护功能。
3.7 整理剂对紫外线有吸收
有些非紫外整理剂如柔软、抗静电等整理剂，也会在紫外 部分有吸收，则用这种助剂整理的织物对紫外有一定的防 护效果
生物键C-H（410-506）、C-C（314-518）、CCl（326）、N-N（154）、S-H（364）、N-H （351）在紫外线作用下会发生断键，引起人体的 光化学反应。
3.2不同波段紫外线对人体的影响 ① UV-A（320-400）段： 引起肌肤变黑、干皱老化、
失去弹性、严重的会导致皮癌。是紫外防护整理的主
UPFmax= 1
皮肤
26
3.5 织物表面平坦光滑防护效果好 织物表面平坦光滑度越高，对光线的反射能力越强， 则防护效果好
3.6 织物颜色与紫外线防护的关系
（1）深浓颜色对紫外光吸收强 如黑色、深蓝色。
浅淡颜色织物紫外线透过率高。
（2）蓝、绿色透光率小，红色是最佳的防护色。紫外线容 易被波长最长的红色吸收，红色吸收600nm以下谱段 ；
紫外吸收剂作用方式：
①有机物质对紫外线光波具有强烈的、选择性的吸
收作用。 ②通过光物理过程和／或光化学反应，将紫外线能 量转化为其他无害的能量形式释放，而起到防紫外 线的作用。
光物理过程：
图4-3 物质分子吸收紫外光能量后能态的变化过程
光物理过程：紫外吸收剂吸收紫外线能量后， 产 生电子迁移，基态S。激发成最低激发单线态S1 或更高激发的单线态S2。而激发态的分子又可能 通过三种途径释放能量回到基态：即发射荧光、磷 光或将能量以热能的形式放出回到基态 。这样就 将吸收的紫外能量以无害的热能或无害的低辐射能 量释放出来，而本身结构不发生变化，从而避免了 紫外线损害皮肤和防止高分子聚合物因吸收紫外线 能量而发生分解。
（2）羊毛防紫外线能力较强 ▴蛋白质分子中的芳香族氨基酸对紫外线有很强吸收性，因单 位质量苯环的密度低于涤纶，在织物密度、厚度相同的情况下， 羊毛、蚕丝的防紫外性能不如涤纶，但好于纤维素纤维。
▴锦纶和弹力纤维织物防护性能相对低些。
（3）棉、黏胶纤维织物防紫外能力低。是整理的对象
不同纤维未染色织物的UPF 织物类型
纤维种类 棉 府绸（坯布）
厚度/ mm 克重/g/m2
018 107
UPF
6
棉 麻 蚕丝 毛
涤纶
府绸（漂白） 平纹 缎绉
0.22 0.14 0.20 0.28
0.29
110 89 84 125
165
2 18 6 13
24
黏胶
0.11
92
4
（4）消光涤纶纤维较有光涤纶纤维防紫外线能力强
纤维原料本身是透明的，在服用上因遮蔽性的需要，要进行消 光处理，一般的消光剂是二氧化钛，而二氧化钛是紫外线屏蔽 剂，通过反射作用降低紫外线的透过量。 如有光纤维的紫外防 护指数UPF为9，消光纤维的UPF为15。
2.1抗紫外吸收剂作用机理
主要是有机类化合物 2.1.1 结构 有机类抗紫外线整理剂分子结构上大多有芳环结构，且有连
接于芳香环上的发色基团:C—N，N：N，N一O，C一O，OH等 ，发色基团吸收波长小于400nm 的紫外线 助色基团：一NH2，一OH，一SO，H，一COOH 等， 紫外吸收剂UV-9
不足2%
绝大部分被 臭氧层吸收
约为0
95%
对人体皮肤造 成损伤
较UV-A损伤高 1000倍
难以到达地 面
3紫外线的危害
3.1对人体的危害
UV-C UV-B UV-A
角质层
人体皮肤角质吸收阳光比例 60-80%；表皮层吸收 6-18%；真皮层10-20%。
紫外线到达地面的能量为292.88-598.31kj/mol，
4、紫外线来源
人工：紫外线消毒和催化反应。
太阳光： 到达地面紫外线平均辐射量仅为5%; 夏天比冬天高2-3倍； 10点-14点的辐射量为全天的70%。 夏季容易晒黑，晒伤。夜晚也有紫外线存在，而没有可见光。
太阳紫外线辐射 (UVR) 光谱 S
墨尔本夏季 (南纬38°)
1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 280 300 W / (m2 nm)
紫外线能够催化高分子材料降解，引起材老化。尤其对室外 使用的高分子材料的破坏更为明显。如塑料分子降解表现为 失去韧性，而脆性增加，因此制造塑料时要加入防老化剂； 引起纺织材料的降解，导致光脆损； 引起染料发色基团的破坏，导致光褪色 纺织品防紫外整理有助于防止织物的光脆损和光褪色，因 此防紫外整理的防护性能是多方面的。
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紫外防护指数UPF （ultraviolet protection factor）：
一个无色素沉淀的人，在模拟阳光下晒12min，皮肤
变红，然后穿上防护衣服，在同样条件下晒至同样 发红程度的时间与12min的比值。 即： UPF=t测试/ 12。
SPF （Sun Protection Fctor）：形成皮肤上的红斑的最小紫 外线量。化妆品常用。
孔洞率较大(>2%)的织物即使经抗紫外整理其UPF也很难 超过50
紫外吸收剂
光线
假孔
织物厚 孔洞 皮肤
覆盖因数, 开孔率与最大UV 保护 UPF
max
100% 0 % 50 % 50 % UPFmax= 2 10 % 90 % UPFmax= 10 5% 开孔率
95% 覆盖率
UPFmax= 20
要对象。 ② UV-B（290-320）段 导致真皮血管扩张，红肿， 产生水泡，晒伤皮肤。紫外防护主要对象。 ③UV-C（200-290）段 被臭氧层吸收。
④真空紫外（100-200）段 被臭氧层吸收，地球表面 很少。光化学作用→机体蛋白变性→凝固性损伤。 引起眼部疾病---白内障和部分失明。
3.2 对高分子材料的危害
光化学反应过程
放热
在光照作用下，二苯甲酮衍生物分子吸收紫外光，分子 中的羰基呈不稳定的激发态，容易从临位的酚羟基上夺 取氢原子，生成烯醇释并放出多余能量，进一步分子内 的烯醇与醛酮发生互变异构，恢复成最初的二苯甲酮结 构，并放出热量。
这个化学反应过程伴随着紫外线能量的消耗（化学
键的互变异构或光能转变成热能放出），最终紫外线吸 收剂回到它的初始状态。
UV-B: 280（290）-320nm
UV-C: 200-290（280）nm 真空紫外（超短紫外） 100-200nm
不同波长紫外线的特征 UV-A
紫外线 波长/nm 320-400 280-320 100-280
UV-B
UV-C
臭氧层吸 收程度
到达地面 的辐射量 对人体伤 害
穿透臭氧层
大部分被臭氧 层吸收
Transmittance
• direct transmittance (pores) • diffuse transmittance (scattered)
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入射光线： 一部分被吸收; 一部分被反射； 一部分透射过织物发生扩散辐射和直接辐射. 这些光线中作用人体是直接辐射部分。
如果织物吸收、反射紫外线的能力强，则紫外防护性能好。
第四节 抗紫外线 整理机理及抗紫外整理剂
1 抗紫外线机理
织物对光线的反射透射作用
1.1增强织物对紫外线的吸收能力：可以选用具有紫外吸收 作用的纤维（抗紫外功能纤维）编织织物和利用紫外吸收 剂进行织物整理来达到。 1.2增强织物对紫外线的反射能力： 例如：高比表面纤维及含高比率的TiO2纤维；还可以选择 适当的织物组织结构，如织物的紧密度和平整度，来增 强对光的反射能力； 利用染整加工的手段通过对织物施加紫外线反射剂，使织 物具有紫外线防护功能。 吸收、反射两者结合起来达到的。
2、太阳光谱中紫外线的组成
太阳光谱
invisible UV radiation
ห้องสมุดไป่ตู้
100
UVC
280
UVB
315
UVA2 340
UVA1
400 nm
visible light
380
780 nm
invisible IR radiation
780
IRA
1400
IRB
3000
IRC
5000 nm
紫外波段细分为 UV-A: 320（315）-400nm
3.2 纤维形态结构的影响 （1）纤维纤度细，防护效果好 纤维纤度小单位质量的纤维比表面积大，有利于对光线的反射, 吸收作用。 （2）异形截面较圆形截面防护效果好 （3）短纤维织物的防护效果优于长丝织物 3.3棉坯布的防护效果优于漂白织物 坯布上的杂质对紫外线有一定的吸收
3.4织物组织规格与紫外线防护的关系
2. UV-R 防护作用的表征
紫外线防护指数UPF（ultraviolet protection factor） ： 表征纺织品和服装对紫外线的防护能力。 定义为紫外线对未防 护皮肤的平均辐射量与经被测试织物遮挡后紫外线平均辐射量 的比值。
紫外线的辐射量
UPF
=
到达皮肤的紫外线量
UPF越大，防护效果越好。
抗紫外吸收剂的作用机理
紫外吸收剂强烈地、选择性地吸收高能量的紫外线,并通过
光物理过程和／或光化学反应，将吸收的紫外能量转化为 无害的热能或无害的低辐射能量释放出来，从而起到防护 紫外线的作用，紫外吸收剂本身结构不发生变化。
3紫外线反射（屏蔽）剂作用机理 3.1结构
紫外线反射（屏蔽）剂：主要是无机类化合物 如陶瓷粉、金属氧化物（氧化锌，二氧化钛等）的细粉或超 细粉
3.2反射（屏蔽）剂作用机理
利用无机物质对入射紫外线有较大的反射和折射或散射作用， 降低紫外线的透过率，而达到防紫外线的目的。
3.3紫外反射剂特点
UPF 大于40 30-40 20-29
UV-ray透过 量 小于2.5 3.3-2.5 5.0-2.4
类别 优良 很好 良好
防护等级 3 2 1
3 影响纺织品防紫外线辐射的因素
3.1纤维种类与防护紫外线的关系
（1）涤纶纤维防紫外线能力强
▴苯环结构对300nm以下的紫外线有很强的吸收能力，涤
纶纤维大分子中含有密度较高的苯环结构，防紫外线性能 好。
（1）织物厚重防护效果好 粗纺织物厚重，一般较精纺织物防紫外效果好； （2）紧度大织物防护效果好 缎纹、斜纹组织紧密，一般较平纹组织织物防紫外效果好。 轻薄、稀疏织物紫外线易透过，防护效果差 UPF正比于100/孔隙率或正比于100/（1- 覆盖率） 织物的空隙率过大抗紫外整理效果也不明显。也就是说，抗 紫外线整理的织物应有一定的密度。 •织物结构 (开孔率 < 1.5 - 2.0 %)
在美国称为:太阳保护系数 (SPF)
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400 nm 290 nm
E S
UPF
=
400 nm 290 nm
E S T
Eλ-单位形成红斑的紫外线能量；S λ-太阳光谱的辐射能量（W/m2•nm）； △ λ- 紫外线光波长度间隔； λ-紫外线光波波长（nm）；T-UV透射率